活性炭過(guò)濾香煙中的有害物煙霧，香煙中的羰基化合物是主流香煙煙霧(MSS)中的有害和潛在有害成分(HPHCs)。羰基化合物(包括甲醛和丙烯醛)以劑量依賴性方式致癌或致突變。過(guò)去的研究表明通過(guò)炭過(guò)濾顯著減少HPHC。然而，活性炭過(guò)濾和香煙濾嘴中加入活性炭的設(shè)計(jì)在市面上很少，今天我們來(lái)研究下活性炭是如何過(guò)濾香煙中的有害物的吧。

　　香煙煙霧含有超過(guò)7000種化學(xué)成分，其中包括近70種已知致癌物質(zhì)，以成分存在或在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生。這些化合物和其他化學(xué)物質(zhì)對(duì)吸煙者的心臟和呼吸系統(tǒng)疾病，中風(fēng)，癌癥和其他嚴(yán)重疾病有關(guān)系。早在20世紀(jì)50年代，卷煙設(shè)計(jì)的改變就是為了減少因主流香煙煙霧而引起的死亡和疾病。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，香煙過(guò)濾嘴已經(jīng)被改造成選擇性地過(guò)濾煙霧中的有害化合物。影響煙霧選擇性過(guò)濾的因素包括過(guò)濾介質(zhì)的材料特性和吸附能力，煙氣成分的揮發(fā)性和化學(xué)特性以及過(guò)濾介質(zhì)和煙氣成分彼此之間的親和力。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了煙霧的選擇性過(guò)濾，以與一系列過(guò)濾介質(zhì)(包括活性炭或其未激活的活性炭)，合成聚合物碳，離子交換樹(shù)脂和基于聚合物的吸附劑。毒理學(xué)測(cè)定和人類生物標(biāo)志物研究證明了選擇性過(guò)濾在選擇性過(guò)濾介質(zhì)中選擇性過(guò)濾與單獨(dú)過(guò)濾香煙相比的有效性。

　　活性炭具有高比表面積和孔隙率的特點(diǎn)，促進(jìn)了煙霧中揮發(fā)性和半揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的吸附，包括醛類，脂肪族胺和單環(huán)芳香化合物。卷煙制造商已經(jīng)嘗試在原型香煙使用活性炭過(guò)濾，活性炭對(duì)揮發(fā)性煙霧成分的過(guò)濾效果受活性炭的活性，組成，結(jié)構(gòu)和負(fù)載的影響。具有較高活性的活性炭降低了煙霧的HPHC產(chǎn)率，而木炭的活性較低。合成炭過(guò)濾降低了毒物與非炭過(guò)濾香煙的口腔接觸含量。已經(jīng)用活性炭過(guò)濾證明了基因毒性和細(xì)胞毒性的降低，當(dāng)人類轉(zhuǎn)換為活性炭過(guò)濾香煙時(shí)，能明顯觀察到有害物質(zhì)大范圍降低。此外，活性炭過(guò)濾的煙霧與非炭過(guò)濾的香煙相比導(dǎo)致煙霧生物活性降低，并且證據(jù)表明使用炭過(guò)濾器與傳統(tǒng)過(guò)濾器相比降低了癌癥死亡率。

　　活性炭已被包括在各種形式的香煙過(guò)濾嘴中，包括分散在醋酸纖維素(on-tow)中的木炭顆粒，或者包含在中心腔體?；钚蕴窟^(guò)濾器設(shè)計(jì)還沒(méi)有系統(tǒng)地進(jìn)行優(yōu)化，但是過(guò)濾器的設(shè)計(jì)可能比其他過(guò)濾器設(shè)計(jì)更有效地去除HPHC，并且隨著活性炭數(shù)量的增加，HPHC的減少程度更大。因此，較低的活性炭裝載量對(duì)于煙霧中HPHC的減少量也會(huì)比較低除非活性炭質(zhì)量過(guò)硬，吸附效果好，比表面積大。例如，含有45mg活性炭的卷煙與不含活性炭的卷煙相比，丙烯醛降低了7%至22%。然而，含有120mg活性炭的卷煙含量較高，使丙烯醛降低了73%，表明成分降低是隨著炭過(guò)濾的劑量反應(yīng)。

　　圖、1活性炭改裝香煙濾嘴的示意圖。醋酸纖維素塞(CA1和CA2)具有相同的長(zhǎng)度。無(wú)孔膠帶(未示出)纏繞在整個(gè)過(guò)濾器結(jié)構(gòu)上以包含活性炭并阻塞任何通風(fēng)孔。

　　TNCO去除

　　我們?cè)u(píng)估了對(duì)照和活性炭煙過(guò)濾嘴煙的TNCO產(chǎn)量，因?yàn)樗鼈兪窍銦煙熿F的重要屬性。正如預(yù)期的那樣，CO在任何負(fù)載下都不受木炭過(guò)濾的顯著影響，因?yàn)榛钚蕴颗c氣態(tài)CO的去除沒(méi)有關(guān)系。盡管所有產(chǎn)品中焦油和尼古丁的產(chǎn)量均隨著木炭的增加而有所下降，但用焦炭去除焦油和尼古丁的效果并不理想。由于活性炭的非選擇性，炭黑和尼古丁的適度去除并不令人驚訝。在沒(méi)有比例的TNCO降低的情況下羰基化合物的大量減少表明，尤其是對(duì)于較低的木炭加載條件，羰基化物的顯著減少是必然的，而不會(huì)影響尼古丁遞送。

　　香煙吸引阻力

　　盡管改性香煙旨在為煙霧中的羰基化合物的炭過(guò)濾提供概念證明，但我們分析了吸取阻力以確定木炭包合物是否會(huì)導(dǎo)致改性香煙的技術(shù)設(shè)計(jì)限制。我們觀察到統(tǒng)計(jì)上顯著的增加，以提高活性炭負(fù)荷(300毫克和400毫克)的阻力?；钚蕴窟^(guò)濾的一個(gè)公認(rèn)的限制是吸取阻力增加的可能性，使消費(fèi)者不喜歡香煙。50支流行目前銷(xiāo)售香煙的抽吸阻力為83之間毫米水柱2和毫米水柱?194 2O(未發(fā)表的數(shù)據(jù))。在這種情況下，幾種含活性炭香煙具有在目前銷(xiāo)售的香煙中沒(méi)有過(guò)濾器改進(jìn)的吸引阻力范圍內(nèi)的阻力值。例如，用100mg活性炭改性的產(chǎn)品a，d和j具有139mmH 2 O，130mmH 2 O和133mmH 2 O的拉伸阻力值，每個(gè)拉伸阻力值處于目前銷(xiāo)售香煙。因此，與目前市場(chǎng)銷(xiāo)售的香煙相比，幾支含有100毫克，有些情況下含有200毫克和300毫克活性炭的卷煙表現(xiàn)出顯著的羰基減少，而僅僅產(chǎn)生中等程度的增加以提高抗性。

　　這項(xiàng)研究表明，活性炭具有大幅度選擇性減少有害煙霧成分的能力，同時(shí)不會(huì)對(duì)其他卷煙設(shè)計(jì)參數(shù)作出大改動(dòng)。綜合起來(lái)，這些數(shù)據(jù)表明，一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的香煙設(shè)計(jì)修改，會(huì)減少吸入一些羰基的效果。在較高的活性炭載量下，香煙的羰基產(chǎn)率提高了我們對(duì)可燃卷煙中活性炭過(guò)濾性能的理解以及與這種改性相關(guān)的限制，因?yàn)樵诟咻d量下幾種羰基幾乎完全從煙霧中去除。這里所獲得的知識(shí)也可能被用來(lái)為可能進(jìn)一步降低卷煙煙霧中其他HPHC產(chǎn)量的技術(shù)提供信息。